目前，我國(guó)高技術(shù)船舶及海洋工程的國(guó)產(chǎn)化建立在高端材料和技術(shù)大量依賴進(jìn)口的基礎(chǔ)之上。要推進(jìn)我國(guó)船舶工業(yè)及海洋石油工業(yè)的發(fā)展，保障我國(guó)能源、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的安全，大量關(guān)鍵技術(shù)有待突破，其中的核心問題之一就是高品質(zhì)造船及海洋工程用鋼的研發(fā)和推廣應(yīng)用。

海洋工程船舶裝備

　　一、造船及海洋工程用鋼的新要求

　　鋼材是造船及海洋工程結(jié)構(gòu)建造的主要原材料，占據(jù)了船體及海洋工程建造成本的20%～30%。涉及的鋼材品種主要包括鋼板、型鋼（船用球扁鋼、H型鋼、角鋼等）、鑄鍛鋼以及配套焊接材料等。其中船體建造耗用鋼材量約占全船重量的60%左右，其中板材又占88%左右。

　　1、高強(qiáng)度、高韌性是造船及海洋工程用鋼的基本要求。目前，在大型散裝貨船和集裝箱船中，390MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼已占主導(dǎo)地位，而TMCP（控制軋制和控制冷卻技術(shù)）工藝生產(chǎn)的船體鋼的強(qiáng)度級(jí)別已經(jīng)達(dá)到550MPa級(jí)以上，在海洋平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)中獲得廣泛應(yīng)用。而海洋工程中自升式鉆井平臺(tái)的樁腿結(jié)構(gòu)，如齒條板、半圓板和無縫支撐管等部位，均要求屈服強(qiáng)度在690MPa以上的高強(qiáng)度低合金鋼，同時(shí)對(duì)低溫沖擊韌性的要求也極為苛刻，即使在普通工況條件也要求考核-40℃（E級(jí)）的低溫沖擊性能，在寒冷或極寒條件下考核-60℃（F級(jí)）甚至-80℃的低溫沖擊性能。

　　2、焊接性也是船體結(jié)構(gòu)鋼關(guān)注的重點(diǎn)問題之一。近年來，為降低建造成本、提高造船的生產(chǎn)率，造船廠強(qiáng)烈要求采用大線能量焊接。目前，在海洋工程用鋼領(lǐng)域如平臺(tái)用E36等，均要求采用大線能量焊接以提高施工建造效率。

　　3、船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性越來越受到人們的關(guān)注。近年來，國(guó)際海事組織（IMO）先后通過了壓載艙涂層防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）和貨油艙用耐腐蝕鋼性能標(biāo)準(zhǔn)（MSC87），這使得相關(guān)的研究工作變得更加緊迫。JFE鋼鐵開發(fā)出了可抑制船舶壓載艙涂膜劣化的新型高耐腐蝕性壓載艙用鋼JFE-SIP-BT，由于找到了可抑制涂裝后涂膜劣化的元素，提高了基于腐蝕生成物的鋼材保護(hù)性能，可將涂膜膨脹及剝離等涂膜的劣化速度減慢到原鋼材的一半左右。新日鐵等通過提高鋼材的純凈度，添加Ni、Cu、W、Mo等耐蝕合金元素的方法研制開發(fā)的D36貨油艙用耐腐蝕鋼，將船體結(jié)構(gòu)的使用壽命從15年延長(zhǎng)到25年，開發(fā)的貨油艙用耐腐蝕鋼腐蝕速率約為傳統(tǒng)鋼的1/4。

　　厚度與尺寸規(guī)格也是船體鋼技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。大型船體結(jié)構(gòu)不僅對(duì)鋼板提出了厚規(guī)格要求，也對(duì)船用型鋼提出了厚規(guī)格要求。30萬噸級(jí)大型船舶舭龍骨部位要求使用43號(hào)大規(guī)格D40球扁鋼，腹板厚度最大達(dá)20mm，是目前研制型鋼中強(qiáng)韌性要求最高、截面尺寸最大的型材。同時(shí)船舶用鋼板還應(yīng)具有良好的止裂特性。

海上船舶

　　二、海洋平臺(tái)用鋼特點(diǎn)及現(xiàn)狀

　　海洋平臺(tái)用鋼具有以下特點(diǎn)：碳含量及碳當(dāng)量高、厚度規(guī)格大（30~100mm）、正火態(tài)交貨。因此，必須在現(xiàn)有平臺(tái)鋼設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上通過降低碳含量及碳當(dāng)量，大幅度提高焊接性，并采用其它方式彌補(bǔ)強(qiáng)度損失。通過采用V-N-Ti合金設(shè)計(jì)，利用V（CN）的析出強(qiáng)化彌鋼的強(qiáng)度損失，能大幅度降低鋼碳含量和碳氮量。復(fù)合析出的V-N-Ti粒子還能起到細(xì)化原始奧氏體晶粒，并最終提高大線能量焊接熱影響區(qū)低溫韌性的作用。目前，工業(yè)試制50mm以上平臺(tái)鋼可以實(shí)現(xiàn)100kJ/cm以上的大線能量焊接。

　　油船貨油艙用耐腐蝕鋼。研究結(jié)果顯示，在內(nèi)底板腐蝕環(huán)境下，微量合金元素對(duì)船板鋼的耐蝕性存在顯著影響。觀察腐蝕后的形貌可以看出，在IMO貨油艙內(nèi)底板腐蝕環(huán)境下，傳統(tǒng)鋼表面主要形成大量直徑大而深的腐蝕點(diǎn)蝕坑，而開發(fā)的耐蝕鋼表面則出現(xiàn)少量小而淺的點(diǎn)蝕坑，點(diǎn)蝕坑的深度/直徑比顯著降低。根據(jù)上述結(jié)果研制開發(fā)的工業(yè)鋼（NSD32、NSD36）內(nèi)底板腐蝕速率均低于1mm/年的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕速率要求，其中NSD36鋼腐蝕速率最低可以達(dá)到0.38mm/年的超低水平，約為傳統(tǒng)鋼的1/13。

　　大規(guī)格船用球扁鋼。研究者綜合利用新型的釩氮微合金化設(shè)計(jì)+碳氮化釩控制析出軋制工藝（PCRP），集成創(chuàng)新開發(fā)出高韌性、大規(guī)格船用球扁鋼品種技術(shù)。依靠奧氏體中析出的碳氮化釩促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核，顯著地細(xì)化最終鐵素體晶粒尺寸，獲得顯著的細(xì)晶強(qiáng)化效果；依靠鐵素體中彌散析出的碳氮化釩的析出強(qiáng)化作用，顯著提高鋼的強(qiáng)度――利用這一技術(shù)思路，可以在傳統(tǒng)孔型軋制條件下研究開發(fā)出屈服強(qiáng)度355MPa、390MPa、440MPa級(jí)系列高韌性船用球扁鋼品種。

　　高止裂韌性船用鋼板。大型集裝箱船等在海上航行時(shí)，受波浪影響會(huì)產(chǎn)生彎曲，在船體艙口圍強(qiáng)度甲板上產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。為了便于裝卸貨物，集裝箱船通常采用大的艙口開口設(shè)計(jì)，這就需要集裝箱船具有大型商船中最高的縱向強(qiáng)度。為了保證船舶安全性，防止脆性斷裂的產(chǎn)生，艙口圍板、上甲板等部位要求使用51mm~100mm具有高止裂韌性的厚鋼板。

　　海洋平臺(tái)特厚齒條鋼。海洋石油工業(yè)的深入開展和鉆采難度的加大，對(duì)自升式鉆井平臺(tái)用齒條鋼提出了大厚度、高強(qiáng)度、高韌性的發(fā)展需求，這類產(chǎn)品一般使用調(diào)質(zhì)熱處理狀態(tài)交貨。但是，隨著齒條鋼厚度的增加，截面厚度方向上組織、性能差異增大，提高特厚齒條鋼的淬透性成為這類產(chǎn)品開發(fā)的難點(diǎn)。研究人員研究了不同合金元素復(fù)合處理對(duì)齒條鋼淬透性的影響，結(jié)果表明，采用微B和固N(yùn)元素的復(fù)合處理可以在獲得良好強(qiáng)韌性的條件下大幅度提高齒條鋼的淬透性。同時(shí)，采用微Ti處理或稍過量的Al處理，均可使微量B的固溶比例達(dá)到50%以上，且偏聚于奧氏體晶界處，有效延緩了高溫相變，顯著提高齒條鋼的淬透性。

　　9%Ni低溫鋼。隨著液化天然氣（LNG）工業(yè)的迅猛發(fā)展，9Ni低溫鋼的研究和開發(fā)熱度持續(xù)升溫。LNG的儲(chǔ)存溫度為-163℃，要求LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壁用9Ni鋼具有較高的強(qiáng)度、良好的低溫韌性和較小的波動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，采用QLT熱處理（在QT調(diào)質(zhì)處理中增加一道兩相區(qū)淬火），可在強(qiáng)度略微降低的情況下，顯著提高9Ni鋼的低溫韌性，同時(shí)大大擴(kuò)展9Ni鋼的熱處理工藝窗口，提高9Ni鋼的性能穩(wěn)定性。

　　目前，我國(guó)高技術(shù)船舶及海洋工程的國(guó)產(chǎn)化建立在高端材料和技術(shù)大量依賴進(jìn)口的基礎(chǔ)之上。要推進(jìn)我國(guó)船舶工業(yè)及海洋石油工業(yè)的發(fā)展，保障我國(guó)能源、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的安全，大量關(guān)鍵技術(shù)有待突破，其中的核心問題之一就是高品質(zhì)造船及海洋工程用鋼的研發(fā)和推廣應(yīng)用。

責(zé)任編輯：張春穎

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